[發(fā)明專利]硅單晶提拉裝置及其方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580051163.1
• 申請(qǐng)日: 2005-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN101228299A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 符森林;小野直樹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 勝高股份有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/06
• 分類號(hào): C30B29/06;C30B30/04
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 孫秀武;李平英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在給硅熔融液外加縱向磁場(chǎng)的同時(shí)，將硅單晶棒從硅熔融液中提拉的裝置及其方法。

背景技術(shù)

以前，人們所熟知的培育硅單晶棒的方法有從坩堝內(nèi)的熔融液中使半導(dǎo)體用的高純度硅單晶棒生長(zhǎng)的切克勞斯基法(以下稱為CZ法)。在CZ法中，利用設(shè)置在石英坩堝周圍的碳棒加熱器加熱石英坩堝內(nèi)的硅熔融液，并維持在一定溫度，讓鏡蝕刻的籽晶與硅熔融液接觸，然后讓該籽晶旋轉(zhuǎn)并不斷提拉，生成硅單晶棒。在這種硅單晶棒的培育方法中，提拉籽晶時(shí)，從硅熔融液形成籽晶收縮部分以后，結(jié)晶漸漸長(zhǎng)大，直到達(dá)到目標(biāo)硅單晶棒的直徑大小，這時(shí)形成肩部，然后，進(jìn)一步提拉，形成單晶棒的直體部分。

同時(shí)，在硅結(jié)晶中含有雜質(zhì)。作為雜質(zhì)，包括：為了調(diào)整電阻率而有意加入的硼、磷等摻雜劑，以及提拉過程中自石英坩堝壁溶出、混入到熔融液中的氧等。在由硅單晶棒形成硅片的時(shí)候，由于上述雜質(zhì)會(huì)左右硅片的品質(zhì)，因此必須加以適當(dāng)控制。尤其是，為了讓硅片中的雜質(zhì)在面上均勻分布，使硅單晶棒中的半徑方向的雜質(zhì)濃度分布均勻非常重要。

考慮到該點(diǎn)，近年來(lái)，在使用切克勞斯基法提拉單晶的時(shí)候，給坩堝內(nèi)的熔融液上外加由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)，從而控制硅熔融液中產(chǎn)生的熱對(duì)流的技術(shù)(MCZ法；Magnetic?Field?Applied?Czochralski?Method)得到使用。作為這種靜磁場(chǎng)，公知的有橫向磁場(chǎng)(例如，專利文獻(xiàn)1：特開昭61-239605號(hào)公報(bào))、縱向磁場(chǎng)(例如，專利文獻(xiàn)2：特開平10-279380號(hào)公報(bào))和會(huì)切磁場(chǎng)(例如，專利文獻(xiàn)3：特開2003-2782號(hào)公報(bào))三類。實(shí)踐證明，在MCZ法中，通過對(duì)硅熔融液的對(duì)流進(jìn)行控制，可以使熔融液的溫度穩(wěn)定，以及減少熔融液導(dǎo)致的坩堝的溶解。

發(fā)明內(nèi)容

但是，在橫向磁場(chǎng)的情況下，對(duì)于硅熔融液的表面或任意的水平截面，在各種旋轉(zhuǎn)角度下，不能均勻地外加磁場(chǎng)。為了將橫向磁場(chǎng)加到水平面上的某個(gè)方向而設(shè)置電磁鐵，由此在產(chǎn)生由一方的電磁鐵向其他方向的電磁鐵的磁場(chǎng)時(shí)，外加方向與平行方向的磁場(chǎng)分布與外加方向和垂直方向的磁場(chǎng)分布差異很大，同時(shí)，通過硅熔融液中央的最強(qiáng)，隨著離中央的距離加大而變?nèi)?，結(jié)果不能對(duì)硅熔融液外加以其中心軸為軸對(duì)稱均勻磁場(chǎng)。

縱向磁場(chǎng)是借助具有比石英坩堝的外徑更大的彼此相同線圈直徑的第1和第2線圈被外加，所述第1和第2線圈分別以石英坩堝的旋轉(zhuǎn)軸為線圈中心，在垂直方向上隔開規(guī)定的間隔進(jìn)行配設(shè)。因此，只要是由這樣的第1和第2線圈產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)，就可以給硅熔融液均勻地外加軸對(duì)稱的磁場(chǎng)。但是，由于硅熔融液的對(duì)流受磁場(chǎng)產(chǎn)生的洛侖茲力控制，所以其磁場(chǎng)如果是縱向的，則不能防止自石英坩堝壁溶出混入到熔融液中的氧等雜質(zhì)向硅熔融液的中央表面集中。因而存在不能充分降低由于硅熔融液的中央表面的拉攏所導(dǎo)致的、作為雜質(zhì)的氧混入到硅單晶棒的問題。

另一方面，會(huì)切磁場(chǎng)是通過將具有比石英坩堝的外徑更大的彼此相同線圈直徑的第1和第2線圈，分別以石英坩堝的旋轉(zhuǎn)軸為線圈中心，在垂直方向隔開規(guī)定間隔進(jìn)行配置，使第1與第2線圈中流過方向相反的電流而產(chǎn)生的。為此，使用會(huì)切磁場(chǎng)的話，對(duì)石英坩堝內(nèi)圓周面附近的硅熔融液外加橫向磁場(chǎng)，可以有效地防止自石英坩堝壁溶出混入到熔融液中的氧等雜質(zhì)向硅熔融液的中央表面集中進(jìn)入硅單晶棒。但是，在會(huì)切磁場(chǎng)的情況下，由于在硅單晶棒下方的固液邊界附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度為零，所以存在不能通過磁場(chǎng)控制固液界面形狀的問題。尤其是，近年來(lái)，人們?cè)趪L試通過控制固液界面形狀來(lái)制造內(nèi)部不存在晶格間硅型點(diǎn)缺陷的凝聚體的硅單晶棒，因此，增加了控制固液界面形狀的重要性。

本發(fā)明的目的在于提供一種在硅熔融液中能夠得到以所述中心軸為軸對(duì)稱的均勻磁場(chǎng)，可以防止氧等雜質(zhì)向硅熔融液的中央表面集中，并且可以有效控制硅單晶棒正下方的固液界面形狀的硅單晶提拉裝置及其方法。

在本發(fā)明的單晶提拉裝置中，使設(shè)置在爐室內(nèi)的存留有硅熔融液的石英坩堝以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，并使硅單晶棒以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，自硅熔融液中進(jìn)行提拉，此時(shí)，沿垂直方向隔開規(guī)定的間隔配設(shè)分別以坩堝的旋轉(zhuǎn)軸為中心的第1線圈及第2線圈，分別對(duì)第1線圈及第2線圈通以同向的電流，由此使第1和第2線圈之間產(chǎn)生磁場(chǎng)。本發(fā)明通過把第1線圈設(shè)置在爐室外，把第2線圈設(shè)置在爐室內(nèi)，對(duì)上述結(jié)構(gòu)的單晶提拉裝置進(jìn)行了改良。

在上述的硅單晶提拉裝置中，如果在第1和第2線圈中分別通過相同方向的電流，則從側(cè)面看由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)，顯示出磁力線的描述曲線是向下直徑變小的圓錐狀。在這個(gè)圓錐狀的磁場(chǎng)中，面向硅熔融液中央的磁場(chǎng)被均勻外加，結(jié)果可以給硅熔融液外加以所述中心軸為軸對(duì)稱的均勻磁場(chǎng)。